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进程与线程的区别

批处理操作系统

批处理操作系统就是把一系列需要操作的指令写下来,形成一个清单,一次性交给计算机。用户将多个需要执行的程序写在磁带上,然后交由计算机去读取并逐个执行这些程序,并将输出结果写在另一个磁带上。

批处理操作系统在一定程度上提高了计算机的效率,但是由于批处理操作系统的指令运行方式仍然是串行的,内存中始终只有一个程序在运行,后面的程序需要等待前面的程序执行完成后才能开始执行,而前面的程序有时会由于I/O操作、网络等原因阻塞,导致CPU闲置所以批处理操作效率也不高

进程的提出

批处理操作系统的瓶颈在于内存中只存在一个程序,进程的提出,可以让内存中存在多个程序,每个程序对应一个进程,进程是操作系统资源分配的最小单位。CPU采用时间片轮转的方式运行进程:CPU为每个进程分配一个时间段,称作它的时间片。如果在时间片结束时进程还在运行,则暂停这个进程的运行,并且CPU分配给另一个进程(这个过程叫做上下文切换)。如果进程在时间片结束前阻塞或结束,则CPU立即进行切换,不用等待时间片用完。多进程的好处在于一个在进行IO操作时可以让出CPU时间片,让CPU执行其他进程的任务。

线程的提出

随着计算机的发展,对CPU的要求越来越高,进程之间的切换开销较大,已经无法满足越来越复杂的程序的要求了。于是就发明了线程,线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程,是程序执行流的最小单元,是处理器调度和分派的基本单位。一个进程可以有一个或多个线程,各个线程之间共享程序的内存空间(也就是所在进程的内存空间)。

进程和线程的区别

进程是计算机中已运行程序的实体,进程是操作系统资源分配的最小单位。而线程是在进程中执行的一个任务,是CPU调度和执行的最小单位。他们两个本质的区别是是否单独占有内存地址空间及其它系统资源(比如I/O)

  • 进程单独占有一定的内存地址空间,所以进程间存在内存隔离,数据是分开的,数据共享复杂但是同步简单,各个进程之间互不干扰;而线程共享所属进程占有的内存地址空间和资源,数据共享简单,但是同步复杂。
  • 进程单独占有一定的内存地址空间,一个进程出现问题不会影响其他进程,不影响主程序的稳定性,可靠性高;一个线程崩溃可能影响整个程序的稳定性,可靠性较低。
  • 进程单独占有一定的内存地址空间,进程的创建和销毁不仅需要保存寄存器和栈信息,还需要资源的分配回收以及页调度,开销较大;线程只需要保存寄存器和栈信息,开销较小。

另外一个重要区别是,进程是操作系统进行资源分配的基本单位,而线程是操作系统进行调度的基本单位,即CPU分配时间的单位 。

独立性

Linux系统会给每个进程分配4G的虚拟地址空间(0到3G是User地址空间,3到4G部分是kernel地址空间),进程具备私有的地址空间,未经允许,一个用户进程不能访问其他进程的地址空间。

动态性

程序是一个静态的指令集合,而进程是正在操作系统中运行的指令集合,进程有自己的生命周期和各种不同的状态。(五态模型一般指的是新建态(创建一个进程),就绪态(已经获取到资源,准备好了,进入运行队列,一旦获得时间片可以立即执行),阻塞态(运行过程中等待获取其他资源,I/O请求等),终止态(进程被杀死了))。

并发性

多个进程可以在CPU上并发执行。 线程是独立运行和调度的最小单位,线程会共享进程的虚拟空间,一个进程会对应多个线程。在Java中,线程拥有自己私有的程序计数器,虚拟机栈,本地方法栈。

PS:虚拟内存

虚拟内存是一种逻辑上扩充物理内存的技术。基本思想是用软、硬件技术把内存与外存这两级存储器当做一级存储器来用。虚拟内存技术的实现利用了自动覆盖和交换技术。简单的说就是将硬盘的一部分作为内存来使用。

PS:虚拟地址空间

每个进程有4G的地址空间,在运行程序时,只有一部分数据是真正加载到内存中的,内存管理单元将虚拟地址转换为物理地址,如果内存中不存在这部分数据,那么会使用页面置换方法,将内存页置换出来,然后将外存中的数据加入到内存中,使得程序正常运行。

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